各类天然水体的水化学概况

第九章 各类自然水体的水化学概况14亿km3特点，可划分为河水、湖〔库〕体所处的环境条件，如气象、气候、地理、地质、人类生产与生活用水和排废、各种生物的。其次节河水一、河流水化学根本特点河流是大气降水径流和出露地面的地下水径流在地表线性凹地集合而成的水体较大差异。通常河流的水化学有以下根本特点：1、溶解有丰富的气体富，含量近为饱和。未污染河流中生物不多，溶解氧等气体的含量主要受温度和气压影响。坝以下河道中如温度快速上升，可能造成水中溶解气体过饱和。2、河水化学组成与含盐量Ca2+、Mg2+、Na、K+，阴离子为：HCO-3

CO2-、SO2-、Cl-，即通常所说八大离子。世界河水平均化学组成、我3 4国及世界局部河流主要离子含量和分别列于表9-39-49-5HCO-3和Ca2+含量最高，水质属碳酸盐类钙组。在含盐量较高河水中，水质类型可能与前者不同，存有硫酸盐类或氯化物类钠组类型水质。较多河水中主要离子含量大小根本具有以下挨次：阳离子：[Ca2+]>[Na++K-]>[Mg2+]，阴离子：[HCO-+CO2-]>[SO2-]>[Cl-]3 3 4Ca2++Mg2+<HCO-3HCO-+SO2->Ca2++Mg2+>HCO-，在下游则以HCO-+SO2->Ca2++Mg2+>HCO-为主。在滨海3 4 3 3 4 3波动。西北河流水质类型随季节变化显著，汛期属重碳酸盐类或氯化物类钠组或硫酸盐类，枯水季节则转为硫酸盐类或氯化物类。染，污染物将使河流不同区段化学组成、水质状况发生变化。有机物与pH河水尚含有机物，主要来自集水区土壤与人类活动排废。植被较好的集水区域与城市下游河水中有机物较多。pH6.5-8.5，冬季稍低，夏季稍高。9-3世界河水的平均化学成分含量〔mg/L〕HC SO- O2- 3 435 1

C S iO O-2 35 1

Ca2+2

M Ng2+ a+ 3 5

K (Fe,Al)O232 2.7.2 2.1 .7

1.7 .9

0.4 .4 .8 .19-4我国局部河流主要离子含量(mg/L)河流名称

HCO- CO2- SO2-

Cl- Ca2+ Mg2+ Na+(K+)

离子总西江量西江量〔1980-1983〕141.23.618.73.342.6.814.2230.4东江〔1982-1983〕26.202.31.04.11.25.941.北江〔1981-1982〕9803.92.922.02.610.7黄 上游1724.013.522.439.513.22.02284.8中游2123.278.149.549.323.455.7471.2河 下游1770.988.262.546.821.061.8458.2松花江74.705.57.216.93.69.5117.41981)鸭绿江〔丹东〕103.7012.621.116.83.45.5163.0钱塘江(杭州52.032.654.5118.0422.966.1786.361978,10)长江123349.114.1244.86.545.36193.271980,6)汉水116.028.924.4036.647.834.14177.951980,6)嘉陵江193.96.374.1246.405.595.02261.481980,6)转引自中国内陆水域渔业资源编写HuMinghui等Nature.9-5世界局部河流主要离子含量(mg/L)河流 HC

C SO4

Cl-

Ca2 Mg2 Na+ 离名称 O-3圣芬纶斯

O2- 2-3

+ + (K+)

子总量95河.2〔加拿大〕

19 14 31 6. 7. 170.5 .0 .4 9 2 4.2密西西比河〔美国〕

108.0

0 39 85 38

9. 13 282 .9 3.6科罗拉多河〔美国〕托涅川

153.712

96 37 18 3. 54 2208 8 6 5 4 33.28. 2. 4. 1. 3. 320〔日本〕 .8 4 2 9 1 3 .7湄公河

11 140

6. 31

5. 9. 18〔越南〕5.6.72.1732.6墨累河509.2.8.5.2198〔澳大利.704957.4.6亚〕尼罗河8504.3.158.1913〔非洲〕.874.88.58亚麻逊河2902.2.9.1.3.47〔南美洲〕54001含盐量不同河水含盐量可能有较大差异，但多数河流含盐量较低。我国南方与东北河流含盐量多低于200mg/L。有的仅30~50mg/L，高者超过1000mg/L，极少数河水高达数千毫克/120mg/L。以地下水补给的河流含盐量较高。3、河水养分盐通常河水中养分盐含量均不高。一般清洁河水NO--N为0.1-0.5mg/L，NH-N3 3mg/L；受污染河水，NO--NNH-NNO--N5-10mg/L，NH-N3 3 3 3NO--N52.1-87.6NO--N3 3含量变化范围相当大0~500mol/。0.05-0.1mg/L，但假设受人类活动影响，河流某一区段磷含量可能显著增加。二、我国河流水质主要指标的区域性分布特点1、秦岭-淮河一线以南地区东南沿海地区由于雨水充分，河流沿途地域常年受到河水的冲洗，故河水矿化度低于50mg/L，水质多数属于碳酸盐类钠组类型，是全国河水含盐量最低的地区。由于由东向西100~200mg/L200~300mg/L500mg/L，河流水质类型转变为1000mg/L，是全国河流含盐量最高区域。[LYZ1][LYZ1]从东南沿海向北，是长江中下游地区，河水矿化度50~100mg/L和100~200mg/L碳酸盐类钙组。NH3-N3528.674.3μmol/L0.3~0.6μmol/LNO3--N为主，占有效氮52.1~87.6%，变化范围0~500μmol/L，NH3-N0~150μmol/L0~38.7μmol/L，各河流均0.4~12.0μmol/L。2、华北地区。在太行山、燕山一带,河水矿化度200～300mg/L,到平原地区,蒸发浓缩作用使矿化度增至500mg/L。水的类型也由碳酸盐类钙组变为碳酸盐硫酸盐类钠钙组。受海水影响水域属于氯化物类钠组。黄土高原河水矿化度也呈从东往西增加趋势。由200~300mg/L增至300~500mg/L及500~1000mg/L1000mg/L7000mg/L。黄河干流磷含量较低，活性磷为0.06~1.8μmol/L，平均值为0.40μmol/L，总磷为0.32~36.5μmol/L5.5μmol/L。3、西北地区昆仑山4000m以上地区,河水矿化度低于200mg/L,水质类型属碳酸盐类钙组或碳酸盐硫酸盐类钠钙组。随高度下降,土壤及风化壳中易溶盐及石膏含量增加,矿化度逐升至300~500mg/L以至1000mg/L，水质类型演化为硫酸盐类钠组水,至下游进入干旱荒漠地区，矿化度升至每升数千毫克,水质转变为氯化物类钠组现象。4、东北地区河水矿化度为50-100mg/L,水质类型属碳酸盐类钙组或钠组。在松辽平原,河水矿化度增至300~400mg/L,有自西向东增加趋势,主要为碳酸盐类钙组水,特别是嫩江以东杜尔伯特草原〔属封闭的内陆流域，矿化度由四周向中心递增到400~500mg/L,为碳酸盐硫酸盐类钠钙组。NH3-NNH3-N1~50μmol/L，枯水期含量高于丰水期。NO3--N含量1~117μmol/L，鸭绿江、牡丹江、其次松花江及穆林河含量较高〔均值94.μmol/。在鸭绿江干流〔丹东、辽河〔盘山、嫩江支流雅鲁河〔碾子山〕等河水含有肯定量NO--N。2第三节湖泊水与水库水湖泊水质可能相差悬殊。湖水水质的多样性与不均匀性是湖水的特点。一、湖泊的类型〔S〕T与养分类型的分类法：1、按湖水含盐量分类淡水湖含盐量小于1g/L50mg/L。咸水湖和盐湖含盐量1≤S35g/L35g/LT以至使淡水湖演化成咸水湖或盐湖。2、按湖泊养分盐类型分类划分的指标有多种，下面介绍的仅是其中的一种，表9-6贫养分型初级生产量低于1g(O)/m２多分布在高原和山区,或潮湿多雨地区，这类湖泊、水库的溶解氧与pH中养分型总的水质状况介于上述两者之间。水质指标中,有的可能属于富养分1~4g(O)/m2·d２富养分型 养分元素含量较丰富,常消灭水华,透亮度低,初级生产量多在3~10g/m2.d之间这类湖泊水较浅,分布在平原或城郊,集水区土壤丰富,外源性有机质和养分盐丰富。而且这类湖泊、水库pH、溶氧的变化幅度都比较大。超富养分型养分元素含量丰富，无机氮含量大于0.11µmol/L，水质肥,，初级10g(O)/m2.d。２9-6不同养分型湖〔库〕的主要水质指标浮 游初 植 物营

浮C 活性游动物 总磷级产量养2O,2型g/m2.d

现 优存量 势m 种g/L 类

量mg/L

ODmg/L

无机氮µmol/L

10-4µmol/L

磷10-4µmol/L贫 <1

< 金1

0.3 86 1

<0.014 <3.2 <6.4中 1~4

1 硅~5

1.6 4 ~7

0.014~0.046

3.2~9.7

6.4~163~1 5富

硅4.3

7 0.046~0

>9.7

>160 ~10

~15

.11超 >10

> 绿 >10 藻裸藻 15〔第一册199〕二、湖泊、水库水化学根本特点1、含盐量50mg/L左右。35mg/L，甚至到达100mg/L以上，称为盐湖。含盐量低的咸水湖仍有渔业价值，一些盐湖具有工业价值。2、主要离子世界与我国局部湖水和库水主要离子含量见表9-7、9-8。两表说明，湖水和库水通常阳离子以钙离子含量最高，阴离子以碳酸氢根离子含量最高。[Lyz2][Lyz2]9-7世界局部淡水湖的化学成分含量〔mg/L〕离H湖 泊CO-3

SO2-4

C l- a2+

Mg2+

N子a++K+ 总量28193356.2.5.0.0.6.82尼皮幸格湖5411337北苏必利尔湖0.0.8.54.1.7.47美伊利湖1213882洲安大概湖21879.7.222121378213.50.35.66.9.8.903苏黎世湖(瑞 1 1 0 4 7 2 2欧 士)洲 巴拉顿湖(匈

45 1.1 .831 1

1 .24

.3 074 4牙利)

97 10

5.2 5.3 5.7

8.2 81加尔湖表加尔湖表层5411469贝9.2.9.85.2.2.11加尔5421448亚湖8.6.4.05.2.4.99洲10004277186m0.2.5.7.1.9.68拉4163576多加 14.7 6.9 2.9 3.9 5.9湖谢凡湖

7.3 62非洲 坦加尼卡湖

4 4

1 4 6 515.2 .0

8 5.2 3.7

4.2 709-8我国局部湖泊、水库主要化学成分含量〔mg/L〕湖 HC CO SO3 4泊 O- 2- 2-3

Cl-

Ca2+

Mg2+

Na+ 离子+K+ 总量抚仙 16 10湖 7.8 .4

78 2..3 16

25 20.1.8 5

45 316..1 662巢湖 0.1红碱 66 15

14 8. 13.3 4 .592 74 10

5.245.2

12 115..3 8842562淖69.29.50东平131.52224421293.湖8.618.9.5.911.3.93镜泊398.2.8.3.湖.6032703.62265.0显岗191.0.2.3.水库.7—5368340.801228.2锦江201.3.1.6.水库.1—46062.0134.2西河1810810.3944377.水库5.2.17.074.7816.3.02西津124.4.5.371.177.水库1.6700.34.006冯家16885.3243236.山水库6.7—.367.816.3.755河口114024691110水库90547.6130713747汾河153.38104214278.水库7.19.0.3.313.1.07陆汾130145.378.085.207.水库 8.1 .2 25 .0 0 6清河 82—

29 20 29

6.27

8. 176.水库.35.55.66.9029刘113277.峡水库7.4.9.9.3.28达里165425115.23.0195547诺尔10.435.684725乌梁2968255835105461800素海6.150.01赛里5412113516374.322850木湖10391239.055.4青海524120529.821.321249湖5.09.43475878580扎陵19129.643525.442380.湖1.0.305.7.6.23中国内陆渔业资源编写组水库水交换量较大，含盐量较低，离子组成与含盐量主要打算于所拦截的河水。干旱、198133.0mmol/L与3747mg/L，已不适于白鲢、花鲢正常生长，鲫鱼成了水库中主要鱼类。3、养分元素和有机物养分盐湖水养分元素变化状况与河流相像，冬季浮游植物量低，有机物的矿化(SiO220mg/L，如我国呼伦池硅含量(SiO2)为21.37mg/L；磷含量较低，未污染时，远低于1mg/L；在三态氮中，硝酸盐量最高，其余两者较低。据何志辉(198721112.1%,富养分型33.2%,14.7%。有机物湖水有机物来自集水区和水体初级生产所产生。湖泊、水库形态特点、机物含量。通常湖泊有机物需氧量低于10mg/L。贫养分湖有机物含量极少，富养分型湖泊含有机质较丰富。4、水质垂直分布的不均匀性通常湖泊、水库水质具有垂直分布不均匀特点,在夏季，湖水中溶解氧、pH及养分盐下层水质分布较均匀,但上、下水层溶氧含量可能有差异。夏季富养分性湖泊水质分布不均匀性较明显pH、碱度、硬度均有较大差异。假设深度只3-5m的大型湖泊,风浪使湖水混合到底部,水质垂直分布差异便不明显。有时在温跃层可聚拢较多有机碎屑微粒,将有利于细菌和浮游动物生殖,但这将造成该水层溶氧低于上9-1195889-29-110m间，湖9-1《Limnology》,转引自雷衍之,《淡水养殖水化学》9-2西兰Johnsen〔超养分型〕夏季溶解氧垂直分布《Limnology9-21112缺氧层,缺氧层下尚存有溶氧,但到1~2月,温跃层下溶氧被消耗，无氧水范围扩大，3月份下层溶氧被耗尽，使湖水呈现富养分型湖泊典型溶氧垂直分布特点。三、我国湖泊的根本状况我国湖泊分布广泛，成因简单，类型多样。在18º~53ºN、75º~135ºE的范围内，各自然1km2275991019.63km210km265613-9。以下介绍我国湖泊根本状况。1、分布与类型高原、云贵高原和东北高原-山地，称五大湖群，其中青藏高原和东部平原是两大稠密湖群。NE-SW走向〔大兴安岭-阴山-贺兰山-祁连山-昆仑山-唐古拉山-冈底斯山西北〔除额尔齐斯河流域外〕皆属内流河区，该区降水稀有，径流贫乏，蒸发旺盛，水系和湖泊发育受很大限制，其中多为咸水湖或盐湖，仅青藏高原有少量淡水湖，淡水贮量为445×108m3。内流区湖泊总面积达41137km2,贮水量达4943×108m3。此线东南为外流区，降水2985km22134×108m31794×108m3。2、水文特征中国湖泊水量的时间和地区安排极不平衡。湖泊年补给量如下：东部平原、长江淮河流域约(5000-6000)×108m3，东北、蒙湖泊(20-30)×108m3；青藏高原左右。中国湖泊水量年际间与年内各月变化较大。以融雪径流补给为主的博斯腾湖年际变化较小，丰水年水量仅是枯水年2倍。湖泊水位变化与出入湖泊径流量、湖面降水量及蒸发量等相关。外流湖泊水位年内变化，主要受出入湖泊的河流水量掌握，同时与湖泊大小、形态有关。最高水位消灭时间在多雨的夏11.75m，鄱阳湖达1.0m。9-9中国主要湖泊的生物养分物质含量〔mg/L〕湖名FeNH+NO-NO-PO3-SiOCOD42342Mn鄱阳湖0.11痕迹痕迹0.02痕迹3.731.595.13洞庭湖0.080.020.020.620.0223.06太湖0.420.020.010.020.063.204.66洪泽湖0.020.010.450.107.925.50巢湖0.240痕迹0.040.033.13梁子湖4.280.01痕迹0.170.013.40石臼湖0.230.01痕迹0.05痕迹2.783.44滆湖0.09痕迹0.011.010.029.432.92阳澄湖0.020.040.040.590.019.4513.6高邮湖0.080.050.520.0342.03白玛湖0.050.020.300.039.094.1919.6瓦埠湖0.190.100.120.840.0362.18骆马湖0.020.040.010.590.011.052.01月亮泡0.010.03痕迹0.470.0318.89.102镜泊湖0.210.01痕迹0.370.048.909.19五大连池0.060.040.010.750.2013.611.864疆天池痕迹0.0300.380.014.912.82鄂陵湖0.010.0200.400.035.983.02扎陵湖0.020.0300.400.011.613.51滇池外海0.020.05痕迹0.180.021.5410.13滇池草海0.010.070.15痕迹1.409.16洱海痕迹0.01痕迹0.090.011.643.19抚仙湖00.0100.200.020.831.61阳宗海痕迹0.01痕迹0.10痕迹1.871.96邛海0.010.0100.250.014.183.30青海湖0.020.050.010.160.020.351.41黄旗海0.050.800.06乌梁素海痕迹0.040.0415.400布伦托海00.0100.180.052.7014.46博斯腾湖0.010.02痕迹0.220.035.657.32呼伦池0.02痕迹痕迹0.130.2421.38.297达来诺尔0.080.08痕迹0.011.722.4014.303、透亮度湖泊透亮度随湖水化学成分的不同和水中悬浮物质和浮游生物的多少而变〔14m〕，最小透亮度为长江中下游浅水湖泊,低于20cm。4、矿化度由于受纬度、地面高度季风气候等影响，中国湖泊矿化度差异极大且分布从东向西明显增,大致以1g/L为界限分为东西两局部西部矿化度均大于1g/甚至大于35g/，属微咸水湖咸水湖和盐湖界限以东平原湖区,湖泊因季风降水丰沛盐类在湖内积聚较慢，多为低矿化度的淡水湖，尤以长江中下游地区湖泊矿化度最低 ,如鄱阳湖仅为47.62mg/L。湖水矿化度呈从南向北增高的大体趋势,从洞庭湖184mg/L、阳澄湖174mg/L,到洪泽湖208mg/L、微山湖290mg/L，到白洋淀则达357mg/L。东北平原与云贵高原淡水湖矿化度为150-250mg/东北大伙房水库为525mg/柴达术盆地的协作湖竟达526460mg/。西藏最大湖泊纳木错为1679-1732mg/L云贵高原湖泊矿化度稍高,青藏高原和蒙地区湖泊矿化度较高深水湖泊(如抚仙湖疆天池纳木错羊卓雍错等)又都有明显垂直变化。在蒙地区及西藏高原上分布有咸水湖矿化度达1~35g/L，尚有盐湖矿化度大于35g/L，如西藏中南部的羊卓雍湖的矿化度达1900mg/L。4、主要离子组成与类型70.51%，水质属重碳酸盐型，多属CCa和CCa，如鄱阳湖水为重碳酸钾钠型和重碳酸钙型两种类型。I IISO2-412.361.53%。44但变幅较大。阳离子Na++K+占首位，约占总毫摩尔数的78%，Mg2+次之，占20%。CNa型、ClNaSNa型。盐湖卤水化学与咸水湖类似。阴I II ICl-80%左右；SO2-12Na+、K+为主，约4Cl

Na型。5、pH

III II〔1〕湖泊水pH 。除白洋淀、镜泊湖pH均值接近地表水范围〔6.5~8.5〕上限值外,其余湖水pH为7.6~8.2，呈中性或微碱性，如位于内蒙古的无梁素海与湖南省的洞庭湖pH分别为7.0~8.5与。水库pH也根本如此，如北京密云水库与辽宁大伙房水库pH分别为pH7.5pH9.0，呈碱性或强碱性。〔2〕湖泊水溶氧中国湖水溶氧一般大于7mg/L。如鄱阳湖、洞庭湖和太湖等溶氧均值达8.2~10.3mg/L，说明我国湖泊水质的溶氧状况良好。但由于工业废水和生活污水的注人，使一些湖泊局部水域溶氧状况较差。如洪泽湖、南囚湖等已低于4mg/L。6、养分盐与有机物我国主要湖泊养分盐含量详见表9-9。养分盐我国湖泊、水库养分盐含量差异很大,大体有从西南地区往东北地区递氨氮含量分别为0.009-1.3mg/L与0-0.54mg/L。东北地区多数湖泊、水库水氨氮含量高于0.5-1.0mg/L。各地淡水湖都有不同程